新型0.05-500keV域イオンエネルギー分析用多チャンネル半導体検出器の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780352
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 近藤 真史 (平田 真史) 筑波大学, 物理学系, 講師 (70222247)
• キーワード: プラズマ計測 / 半導体イオン検出器 / 半導体新感度理論 / 半導体表面薄膜成膜法 / イオンエネルギースペクトル計測器 / 端損失イオン流 / イオン計測 / プラズマ閉じ込め電位

研究概要

我々が独自に開発・実用化している、斜めの静電場を用いた新型小型イオン・エネルギー・スペクトル計測器の通常の金属コレクターの代りに、新型半導体検出器を使用する事により、広エネルギー領域の計測が可能な、新型イオン・エネルギー・スペクトル計測器を実現できる事が、イオン源を用いた基礎研究で分った。この成果をプラズマ計測に適用するために、プラズマからのX線等をカットする新機構、及びイオン質量分析機能を付加した「高感度・広エネルギー領域計測が可能な新型イオン・エネルギー計測器」を開発している。
低エネルギー・イオンに対する感度を持つ検出器に関しては、我々の半導体検出器の薄膜製法特許を用い、不感層厚が1nmの半導体検出器を開発した。この検出器は、単色エネルギー・イオン源により、凡そ100eVの低いイオン・エネルギーに対して十分な感度を有していることが確認された。
新型静電型イオン・エネルギー・スペクトル計測器は、イオン・エネルギー分析は斜めグリッドに印加する電圧のスイープと、斜めグリッドとその前段にあるグリッド間の電位差により行い、イオン質量分析はプラズマ閉じ込め装置が持つ磁場を利用し、斜めグリッドにより偏向され磁力線に垂直速度成分を持ったイオンがドリフトする際、質量の差異による軌道差を多チャンネル化した半導体検出器で検出する。そこで、検出器最終設計用シミュレーションを行い、実用上の力学的剛性も考慮した設計配位を最適化するための検討を進めた。
更に、新型静電型イオン・エネルギー・スペクトル計測器の原理実証を行ったプロトタイプの計測器をガンマ10タンデムミラー装置端部に設置し、端部に流出するプラズマ・イオン計測を行い、実際のプラズマ計測が可能であることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] M.Hirata: "Development of Novel Ion-Energy Spectrometer Using a Semiconductor Detector Collector Under a Circumstance of Simultaneously Incident Ions and Electrons with X rays"Transactions of Fusion Technology. 39. 281-284 (2001)
• [文献書誌] T.Cho: "Summarized Scaling Laws of Potential Confined Plasmas in the GAMMA 10 Tandem Mirror"Transactions of Fusion Technology. 39. 33-40 (2001)
• [文献書誌] T.Numakura: "Simultaneous Measurements of Spatial Profiles of Ion and Electron Temperatures Using a Semiconductor Detector Array"Transactions of Fusion Technology. 39. 277-280 (2001)
• [文献書誌] M.Yoshida: "Simultaneous observations of temporally and spatially resolved two-dimensional profiles of ion-confining potentials and ion fluxes using novel ion-energy spectrometer arrays"Review of Scientific Instruments. 72. 619-922 (2001)
• [文献書誌] J.Kohagura: "Investigation of X-ray-Energy Responses of Semiconductor Detectors under Deuterium-Tritium Fusion-Produced Neutron Irradiation"Review of Scientific Instruments. 72. 805-808 (2001)
• [文献書誌] R.Minami: "Simultaneous Observations of Temporally and Spatially Resolved Electron Temperatures of Both Circular Central-Cell and Elliptical Anchor Region Plasmas in GAMMA 10"Review of Scientific Instruments. 72. 1193-1196 (2001)